JPH01219602A - 大ストローク走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents

大ストローク走査型トンネル顕微鏡

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JPH01219602A
JPH01219602A JP63044547A JP4454788A JPH01219602A JP H01219602 A JPH01219602 A JP H01219602A JP 63044547 A JP63044547 A JP 63044547A JP 4454788 A JP4454788 A JP 4454788A JP H01219602 A JPH01219602 A JP H01219602A
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啓文 山田
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文彦 石田
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    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 物質表面の形状、極微細組織、表面物性を非接触でかつ
、高分解能で観察できる大ストローク走査型トンネル顕
微鏡に関する。
〔従来の技術〕
従来この種の走査型トンネル顕微鏡は、米国特許第43
43993号明細書によって公知である。
走査型トンネル顕微鏡でトンネル電流を検出するために
用いられる探針は圧電素子(ピエゾ素子)のPZTをx
yz方向に直交させたトライボッドと呼ばれる微動機構
を一般的に用いている。すなわち第5図に示すトライボ
ッドでは、探針45はxSy、zの3軸方向にそれぞれ
配置されたPZTlol、102.103で構成される
アクチュエータを介して基台104に固定されている。
なおアクチュエータは電気エネルギーを供給すると運動
エネルギーに変換する働きをするものである。
x、y方向のPZTIOI、102で探針が測定サンプ
ルを走査し、2方向のPZT103でサンプルと探針と
の距離を制御してトンネル電流を得ている。
(発明が解決しようとする問題点〕 上述の従来技術では探針の走査範囲は圧電素子のストロ
ークそのものに限定されている。これを。
解決する方法として圧電素子の大ストローク化が考えら
れるが、各圧電素子のx、y、z方向のゆがみの問題が
生じる。
また、探針とサンプルを載置するステージを別々にして
ステージを第6図に示すような平行ばねとてことを利用
してj! z / j! I=K (f + はアクチ
ュエータと支点の距離、2□は平行ばねの大きさ)とに
倍にストロークを拡大する拡大でこの構成にした場合、
固有振動数が低くなってしまう。
またアクチュエータのストロークを大きくする構造では
、ヒンジの弾性限度を超えてしまう。
いずれの構造も大ストロークの計測が困難であった。
本発明は上記問題を解決した小形でかつサンプル保持用
ステージの固有振動数を高く保ちながら大ストロークの
測定が可能な走査型トンネル顕微鏡の提供を目的とする
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明では次の構成を採用し
ている。
探針または測定サンプルを載せるステージの微動走査機
構として、重畳平行ばねとこのばねを駆動するアクチュ
エータで構成される微動走査機構を使用している。
〔作用〕
1段の平行ばねで構成されるステージを例に乙って本発
明の詳細な説明する。
第2図の平面図において、平行ばねの基部コラム20と
移動部コラム21との間にアクチュエータ22を挿入す
る。ここでアクチュエータとは、電気エネルギーを供給
すると運動エネルギーに変換するもので、例えば、(イ
)圧電電歪素子、(ロ)電磁石、(ハ)ジュール熱によ
る物体の熱膨張を利用したものなどがある。
平行ばねの移動ステージ23は、基部コラム20と移動
部コラム210間隔をアクチュエータ22により広げる
ことで移動される構成である。
平行はね移動量dは、アクチュエータ22の移動量δと
アクチュエータの支点からの距離lI及び平行ばねの大
きさ12によりd= C1z /11)δと決まり、全
体でのステージ23の移動量りは平行ばねの段数をnと
するとD=(I!、t/i、)δnとなり、平行ばねの
てこ比I!、t/I!、Iが2〜3倍程度であれば分解
能を悪くすることな(ステージを実現することができる
0例えば、この種の平行ばねでは、分解能(制御可能な
最小移動量)はlnm以下に達し1段の平行ばねでの移
動量は20〜30μ園に達するものを実現できる。
〔実施例] 第1図は、上記変位を数倍に拡大した平行ばねを2次元
かつ3段に重ねた場合の重畳平行ばねで構成されるステ
ージの実施例を示す斜視図である。
バルク材にスリットを交互に入れて三重の層とし平行ば
ねステージS1、S2、S3を構成する。
すなわち、1段目の平行ばねステージS1の移動部2は
2段目の平行ばねステージS2の基部3に2段目の平行
ばねステージS2の移動部4は3段目の平行ばねステー
ジS3の基部5にそれぞれ固定しである。数字1は、1
段目の平行ばねステージS1の基部、6は3段目の平行
ばねステージS3の移動部である。
この3層を同形状に切欠いて、駆動はアクチュエータ(
PZT)を挿入して行なう。まず平行ばねステージS3
を変位させる場合、第1図のようにコラムA側にアクチ
ュエータ22を挿入し、平行ばねステージS2を変位さ
せるにはコラムB側の同様の個所に挿入しく不図示)、
同様に平行ばねステージS1についてはコラムA側に挿
入し押すようにする。測定する導電性サンプル40はY
軸平行ばねステージS3のコラムBの一部に取り付ける
。平行ばねステージS1の基部1からみた平行ばねステ
ージS3の移動部6のY方向の移動量は1個の平行ばね
の移動量の3倍となり、前述したように1個の平行ばね
での移動量を20〜30μ論とすれば60〜90μ鴎の
移動量を実現できる。
更にこのY軸平行ばねを90°回転してX方向に配置し
た平行ばねステージS4、S5、S6と接続することで
2次元の大ストロークX−Yステージが構成できる9本
実施例では平行ばねの段数を3段としたが何段でも重ね
合わせが回部でストロークをより大きくとれる。
大きなストロークの走査を行なうにはサンプルがわずか
でも傾斜しているとZ軸の駆動範囲を越えてしまう、そ
こで、切欠き7.8の各間隔をヒンジ9.10を回転中
心として弾性変形させて角度調整ができ、平行ばねステ
ージS3の移動部6の傾きを変えることができるから、
移動部6のコラムB側に載置したサンプル40と対向し
て配置される探針(不図示)とサンプル40との直交度
の補正ができる。
上記角度調整機構の実施病を第1図の側面図である第3
図で説明する。
基台30に切欠き31が形成されヒンジ32でのみ接続
される。基台30より右側のステージ部(不図示)を引
張るねじ33と押しつけるねじ34の押し引き調整によ
ってヒンジ32を中心として弾性変形を生ぜしめ角度の
微小調整を行なう。
大ストロークで走査する際にサンプルと探針の直交度が
わずかに傾いている場合探針のZ軸駆動範囲を越えてし
まい測定不可能になる欠点をこの角度調整機構により解
消できる。
探針をサンプルに近づけ両者間に電位差を加えるとトン
ネル電流が流れる。この電流を一定に保つように保身を
制御し、このときの制御量よりサンプルの凹凸などを測
定できる。この制御系は第4図に示す構成であり、第1
図の2次元かつ3段に重ねた重畳平行ばねステージを使
用した大ストローク走査型トンネル顕微鏡の制御系のブ
ロック図である。
重畳平行ばねステージ31〜S6で構成されたXYステ
ージ側にサンプル40を載置しサンプル40にトンネル
電流を流すためのバイア不電源41を接続する。Y軸平
行ばねステージS1〜S3及びX軸平行ばねステージ8
4〜S6に組み込まれたアクチュエータ(PZT)22
にはステージ駆動に必要な電力が各アクチュエータドラ
イバ44を通して供給される。XYステージの走査のた
めの制御命令はコンピュータ42により行なわれる。制
御命令はD/A変換器43を通してX軸ステージ、Y軸
ステージそれぞれに出力され増幅されて各軸ステージに
組み込まれたアクチュエータ22(一部は省略)に供給
されステージを2次元°的に駆動する。
トンネル電流を検出する探針45はZ軸微動機構46に
取付けられている。この微動機構はZ軸組動機構52に
取付けられている。
先ずコンピュータ42の制御命令でZ軸組動機構52に
よって探針45がトンネル電流を検出できるように粗い
設定を行ない粗動機構52をクランプする。次にXYス
テージの走査を開始し探針45とサンプル40との間に
一定のトンネル電流が流れるようにZ軸微動機構46を
制御する。
探針45で検出されるトンネル電流は増幅器47で増幅
し、設定したトンネル電流に相当する基準電圧49との
差を誤差増幅器48で増幅し、駆動回路50で電力増幅
し、Z軸微動機構46を駆動する。これによってZ軸方
向に常に一定のトンネル電流が流れるように制御される
。Z軸微動機構46の駆動信号はA/D変換器51でデ
ジタル信号に変換されステージの走査信号に同期してコ
ンピュータ42に入力される。つまりトンネル電流が一
定に制御されていればZ軸微動機構46を駆動する信号
はサンプルの表面形状と一致する。
したがってサンプルの形状を高精度に測定することがで
きる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明では平行ばねを任意の数だけ重畳化
することにより従来の走査型トンネル顕微鏡のストロー
クを大幅にうわまわる走査範囲をもつ大ストローク走査
型トンネル顕微鏡を実現できる。
なお、トンネル電流の検出にはサンプルと探針間距離を
2nm以下に設定しなければならないが、Z軸方向に重
畳平行ばねを使用した場合Z軸粗動機構を廃止すること
ができ、両者の接近操作を容易に行なことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の係る走査型トンネル顕微鏡に用いる2
次元かつ3段に重ねた重畳形平行ばねで゛構成のステー
ジの斜視図である。第2図は、1段の平行ばねで構成の
ステージの平面図である。第3図は第1図の側面図で角
度調整機構を示す、第4図は第1図の3段に重ねた重畳
平行ばねステージを使用の第ストローク走査型トンネル
顕微鏡の制御系のブロック図である。第5図は従来のト
ライボッド構造の斜視図である。第6図は1段の平行ば
ねで構成したステージの平面図である。 (主要部分の符号の説明) 40・・・サンプル 45・・・探針 31、S2.S3−・・Y軸平行−ばねステージS4,
35.S6・・・X軸平行ばねステージ22・・・アク
チュエータ 32・・・ヒンジ 33・・・引張るねじ 34・・・押すねじ 第2図 第3図 × 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、探針又は測定サンプルを載せるステージの微動走査
    機構として、重畳平行ばねと該ばねを駆動するアクチュ
    エータとで構成される微動走査機構を使用したことを特
    徴とする、大ストローク走査型トンネル顕微鏡。 2、固定部と重畳平行ばねとの間をヒンジで結合し、前
    記固定部と前記平行ばねとの間を閉じるねじと、前記固
    定部と前記ばねとの間を広げるねじとを設け、該両ねじ
    の回転による押し引き機構によって前記ヒンジを中心に
    前記ばねの傾きを微調可能とし、それにより測定サンプ
    ルと探針との直交度を補正可能とした請求項1記載の走
    査型トンネル顕微鏡。
JP63044547A 1988-02-29 1988-02-29 大ストローク走査型トンネル顕微鏡 Expired - Lifetime JP2577423B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03175302A (ja) * 1989-12-05 1991-07-30 Canon Inc トンネル電流検出装置

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04235302A (ja) * 1991-01-11 1992-08-24 Jeol Ltd トンネル顕微鏡の探針微動機構
US5360974A (en) * 1992-10-20 1994-11-01 International Business Machines Corp. Dual quad flexure scanner
WO1995025940A2 (en) * 1994-03-18 1995-09-28 Rank Taylor Hobson Limited Metrological stylus assembly
JP2658930B2 (ja) * 1994-12-27 1997-09-30 日本電気株式会社 圧電型回転駆動装置
NL1000815C2 (nl) * 1995-07-14 1997-01-15 Univ Delft Tech XY-verplaatsingsinrichting.
JP3563247B2 (ja) 1997-10-31 2004-09-08 日立建機株式会社 走査型プローブ顕微鏡
US6407858B1 (en) * 1998-05-14 2002-06-18 Genetic Microsystems, Inc Focusing of microscopes and reading of microarrays
US20040126895A1 (en) * 1998-01-13 2004-07-01 James W. Overbeck Depositing fluid specimens on substrates, resulting ordered arrays, techniques for analysis of deposited arrays
US6722395B2 (en) 1998-01-13 2004-04-20 James W. Overbeck Depositing fluid specimens on substrates, resulting ordered arrays, techniques for analysis of deposited arrays
US7095032B2 (en) * 1998-03-20 2006-08-22 Montagu Jean I Focusing of microscopes and reading of microarrays
US6346710B1 (en) 1998-08-31 2002-02-12 Olympus Optical Co., Ltd. Stage apparatus including displacement amplifying mechanism
US6606444B2 (en) 2000-09-28 2003-08-12 Murray R. Harman Positioning device especially for assembling optical components
US6640459B1 (en) * 2001-02-15 2003-11-04 Fast Forward Devices, Llc Multidimensional contact mechanics measurement system
DE10249767B4 (de) * 2002-10-24 2006-11-23 Asmec Advanced Surface Mechanics Gmbh Probentisch für die Messung lateraler Kräfte und Verschiebungen
DE102005003830B4 (de) * 2005-01-25 2013-02-14 Asmec Advanced Surface Mechanics Gmbh Vorrichtung zur hochgenauen Erzeugung und Messung von Kräften und Verschiebungen
JP5197101B2 (ja) * 2008-03-31 2013-05-15 日本トムソン株式会社 可動テーブル装置
US20130141736A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 Mingwu Bai Control method and apparatus for positioning a moving object
CN107833594B (zh) * 2017-09-13 2020-02-21 南京航空航天大学 一种用于高精度定位和测量的二维三自由度微动平台结构
US11094499B1 (en) * 2020-10-04 2021-08-17 Borries Pte. Ltd. Apparatus of charged-particle beam such as electron microscope comprising sliding specimen table within objective lens

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61206148A (ja) * 1985-03-07 1986-09-12 インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション 走査型トンネル効果顕微鏡
JPS62190453A (ja) * 1986-02-17 1987-08-20 Hitachi Ltd 格子定数測定装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3835338A (en) * 1973-08-23 1974-09-10 A Martin Electrically controlled ultra-micromanipulator
CH643397A5 (de) * 1979-09-20 1984-05-30 Ibm Raster-tunnelmikroskop.
US4310915A (en) * 1979-12-26 1982-01-12 Rca Corporation Dual parallelogram cutterhead suspension apparatus
US4384230A (en) * 1980-11-06 1983-05-17 United Technologies Corporation Digital piezoelectric actuator
US4623947A (en) * 1983-03-17 1986-11-18 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Magnetic head device
DE3500356A1 (de) * 1985-01-08 1986-07-10 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Vorrichtung zum positionieren eines optischen wellenleiters
US4686440A (en) * 1985-03-11 1987-08-11 Yotaro Hatamura Fine positioning device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61206148A (ja) * 1985-03-07 1986-09-12 インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション 走査型トンネル効果顕微鏡
JPS62190453A (ja) * 1986-02-17 1987-08-20 Hitachi Ltd 格子定数測定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03175302A (ja) * 1989-12-05 1991-07-30 Canon Inc トンネル電流検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
US5051594A (en) 1991-09-24
JP2577423B2 (ja) 1997-01-29

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